山区高速公路互通立交方案优化研究

摘要 为全面提升山区高速公路的行车质量和安全性，文章选取大义互通为实践案例，深入探索了山区高速公路互通立交方案的优化方案。首先，对大义互通立交的布设影响因素进行了全面分析，紧密结合大义互通的交通量特征，设计了两种山区高速公路互通的立交方案；然后，通过行车流量与主要技术指标的综合比选，对两种方案进行了全面评估和分析；最后，经过比选分析，选定方案二作为施工方案，该方案在保障行车效果方面表现出色，且具有较高的可行性。

关键词 山区高速公路；互通立交方案；大义互通

中图分类号 U412 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）22-0026-03

0 引言

山区地区高速公路的建设对于促进地方经济发展、改善交通条件具有重要意义。然而，山区地形复杂多变，给高速公路的互通立交设计带来了诸多挑战[1]。如何根据山区地形特点，设计出既满足交通需求又安全可靠的互通立交方案，成为当前研究的热点问题。

大义互通作为山区高速公路中的一个重要节点，其设计方案的优劣直接关系整个高速公路系统的运行效率和安全性。传统的互通立交设计方案往往忽视山区地形的特殊性，导致在实际应用中出现诸多问题，如施工难度大、行车安全性差等[2]。因此，对大义互通进行方案优化研究，具有重要的现实意义和理论价值。为此，该文旨在通过深入分析大义互通的交通流量，提出一套适用于山区高速公路互通立交的优化方案。通过该方案的应用，增强行车安全性，从而推动山区高速公路建设的可持续发展。

1 山区高速公路互通立交方案研究

1.1 工程概况

鉴于山区高速公路沿线乡镇密集且交通条件相对落后，该文专注于为位于大义乡三湾村的某山区高速公路设计互通立交方案。此互通立交将与X182公路（即江土路，一条设计速度为40 km/h的四级公路，路基宽度为6.5 m，采用沥青混凝土路面）实现无缝衔接。该互通立交的核心功能在于连接大义乡、沿河镇及其周边城镇，旨在改善这些交通不便的重要乡镇的交通状况，满足其日益增长的交通转换需求。通过这一设计，期望能够有效促进区域交通的流畅性和可达性。

1.2 互通布设的影响因素分析

为保证山区高速公路互通立交的设计质量，该文对这一互通布设的关键影响因素展开分析。经分析得知，在该山区布设互通立交主要存在以下影响因素：

该项目中，主线与待衔接道路X182的交叉点位于涌兴河与八磨顶隧道之间，这一特殊地理位置将显著影响互通立交的布局设计，尤其是受到河流流向与隧道洞口位置的双重制约[3]。主线将通过桥梁上跨X182，桥梁的具体跨越位置对后续连接线与X182平面交叉口的定位起到关键作用。此外，X182上接线点周边的平面与纵断面设计指标直接关系平交口的运营安全。因此，选择视线开阔且纵坡平缓的地点进行接线设计，将更有利于保障交通安全[4]。同时，考虑沿线零星分布的房屋建筑，设计时应尽量予以避让，以减少对居民生活的影响。

1.3 交通量预测

在设计山区高速公路互通立交方案之前，应先对交通量进行预测，该互通立交的主交通流方向为大义-巴中往来方向，次交通流为大义-广安往来方向，通过交通量预测，可为立交方案设计提供数据支持。OD（Origin-Destination）矩阵是交通规划与预测的核心工具，反映了不同交通区域之间的交通流动情况[5]。该文基于当地OD调查数据和附近影响区域内的道路交通量观测数据，可以推算出基年年平均日交通OD矩阵。推算OD矩阵时，使用式（1）计算i区域到j区域的年平均日交通量Qij：

Qij=Vij·β·γ " " δ " （1）

式（1）中，Vij——OD调查中i区域到j区域的交通量（辆/天）；β——月交通量不均匀系数，用于调整因月份差异导致的交通量波动；γ——周日交通量不均匀系数，用于调整工作日与周末差异导致的交通量波动；δ——OD调查抽样率倒数，用于将抽样数据转换为整体数据。

在得到调查年的OD矩阵后，需要根据年和基年的交通增长率调查推算基年的OD矩阵，可以通过以下公式实现：

Qij=Qij·（1+ρ）k （2）

式（2）中，Qij——交通区域i到交通区域j的基年年平均日交通量（辆/天）；ρ——调查点基年的年平均交通量增长率（%）；k——调查年至基年的间隔年数。通过上述公式和步骤，可以基于OD调查数据和道路交通量观测数据推算出基年年平均日交通OD矩阵，并据此进行交通量预测，可为山区高速公路互通立交方案设计提供重要的数据支持。

通过交通量预测，该互通式立交2044年远期交通量分布可通过图1表示：

1.4 互通立交的主要技术指标设计

为确保互通立交及其衔接道路的安全、高效与适应性，该文对所研究的大义互通立交的主要技术指标进行了设计，具体设计内容如表1所示：

2 互通立交方案优化设计

2.1 大义互通（方案一）研究

为了避开三湾村建筑密集区域和涌兴河，该互通立交设计方案将中心定位于K194+074.533。E匝道在下穿主线后，设置了三进三出的匝道收费站，随后向南通过渠化平交与X182道路衔接。收费站的中心桩号为EK0+490，距离平交口中心约213.462 m。

在细节设计上，C匝道的减速车道起点距离隧道洞口419.697 m，满足规范要求的最小净距400 m；B匝道的加速车道终点距离隧道洞口425 m，也超过了规范要求的最小净距100 m。

方案一中，主线红水河大桥和D匝道桥跨越涌兴河，桥墩布置顺应水流方向，减小了桥墩阻水断面。经过防洪论证，该设计满足防洪要求。此外，下穿主线的匝道最低设计高程为356.5 m，比设计洪水位355.5 m高出1 m，也符合规范要求，因此下穿方案可行。

该方案的主要优点如下：挖方规模较小，弃方较少；与县道X182的平交口距离三湾村房屋密集区域相对较远，对现状村镇内交通的影响较小，拆迁量也较少。

然而，该方案也存在一些缺点：首先，B形单喇叭的匝道布设形式不利于主流转向交通，运行安全性较低，服务水平较差；其次，该方案没有连接线，收费站与平交口距离极短，容易造成交通拥堵；此外，下穿匝道与涌兴河走向平行且距离较近，匝道设计高程与设计的洪水位相差不大，雨季河流涨水可能对其造成影响；最后，从防洪角度来看，下穿匝道的布设位置对涌兴河的影响也较大。

2.2 大义互通（方案二）研究

该互通立交设计方案将中心设于K193+593.773，其中A匝道下穿主线，而主线则通过一座3×25 m的跨线桥跨越A匝道。该方案设有三进三出的匝道收费站，中心桩号为AK0+480。收费站向南依次设置了简易平交与渠化平交，分别衔接Y208和X182，两平交口间距约为200 m，收费站中心距最近的平交口中心为280 m。

在方案二中，主线红水河大桥和A匝道桥均跨越涌兴河，桥墩布置顺应水流方向，有效减小了桥墩阻水断面。A匝道在涌兴河范围内的最低设计高程为357.29 m，与设计洪水位355.5 m相差约1.8 m，满足规范要求。从防洪评价角度看，方案二的跨涌兴河桥梁方案最为简单，且桥墩阻水断面较小，对涌兴河的影响也最小。

该方案的主要优点在于采用了A形单喇叭的形式，运行安全性较高，服务水平也较高。同时，连接线较长，不易在收费站与地方路平交口之间造成交通拥堵。此外，该方案对涌兴河的影响较小，桥梁规模相对不大，且方案简单易于实施。

该方案的缺点如下：首先，挖方规模较大，不利于主线填挖平衡，导致弃方较多；其次，该方案的连接线穿过村落路网和房屋相对密集的区域，对地方交通影响较大，拆迁量也较多；最后，连接线与地方路的两个平交之间距离过近，可能对两个平交间路段的行车顺畅性造成较大影响。

3 互通立交比选分析

针对上述设计的两种山区高速公路互通立交方案，该文通过如下内容对两者进行比选，以获取最佳的互通立交方案，实现互通立交优化。

3.1 行车流量比选

采用Vissim交通仿真软件对两种互通立交方案的行车流量进行对比分析。在进行交通仿真分析前，利用Vissim软件对两种互通立交方案（方案一与方案二）进行了详细的参数设置与仿真操作，以评估其行车可靠性。

（1）参数设置阶段。在仿真开始之前，需要设定一系列仿真参数，以确保仿真结果的准确性和可靠性。这些参数包括但不限于车辆类型、交通构成、期望车辆运行速度及仿真时间等。在该仿真中，设计了100辆仿真车辆，并设定了600 s的仿真时间。为了更直观地展示仿真过程，将方案一和方案二的平面设计图作为背景插入Vissim软件中，并调整了图片的比例以确保其准确性。随后，根据设计图建立了相应的路段，使这些路段与A匝道的线形相吻合。对于中间的平曲线部分，采用连接段进行了拟合，以尽可能还原实际的线形。完成这些设置后，对各路段和连接段进行了详细的配置，包括车道数量、车道宽度等参数。最后，针对A匝道的两个方向车道分别进行仿真分析。

（2）仿真操作阶段。完成参数设置后，单击菜单中的运行按钮，Vissim软件随即进入仿真状态。在仿真过程中，可以随时进行暂停、继续和终止操作，以便对仿真过程进行实时监控和调整。通过这一系列的仿真操作，能够直观地观察到两种互通立交方案在行车流量方面的差异，从而对其可靠性进行准确的评估。具体来说，对A匝道两个方向车道行车流量情况的分析结果如表2所示：

在驶向主线的各个位置（起点、中点、终点）上，方案二相较于方案一在平均速度和通过车辆数方面均表现出一定优势。特别是在驶向主线终点时，方案二的平均速度为45.4 km/h，明显高于方案一的42.3 km/h，这表明方案二在提升车辆通行效率方面表现更佳，能够更好地满足交通需求。

在驶离主线的各个位置上，方案二在通过车辆数上仍保持较高数量。在驶离平均速度方面，方案二为31.3 km/h，高于方案一的29.9 km/h。这同样表明方案二在车辆驶离主线时的通行效率更高，能够减少交通拥堵和延误。在提升交通流量和平均速度方面，方案二相较于方案一也具有更明显的优势。因此，从交通效率和通行能力的角度来看，方案二是一个更好的选择。

3.2 主要技术指标比选

对两种方案所采用的主要设计指标进行比选，具体比较内容如表3所示：

经全面评估，推荐方案二为施工方案。方案二优化了匝道设计，提升了通行能力，尤其在高峰时段可减少拥堵。同时，增加了匝道桥数量和长度，提高了道路安全性。虽然在土石方、拆迁和占地等方面有所增加，但其适应性强，有利于应对复杂的施工情况。从长远角度来看，其通行、安全及适应性优势远超初期投资，利于地方经济发展和居民出行改善。相比之下，方案一跨涌兴河桥梁设计复杂，施工难度大，需精细设计和施工，考虑水流冲刷等风险，施工环境复杂，可能导致周期延长、成本增加。综上，方案二综合考虑了通行、安全、适应性和长远利益，而方案一复杂性高，不利于工程的顺利进行。因此，推荐方案二。

4 结论

该文通过对大义互通交通流量的详细分析，合理设置匝道的宽度、长度和转向车道，优化了交通流线，从而提高了整体交通效率。同时，特别注重了匝道的纵坡、曲率半径等安全参数的合理设置，确保车辆能够在行驶过程中保持稳定，减少了交通事故的风险。未来，可继续深化研究，不断探索更多适用于山区高速公路互通立交的优化策略，为推动高速公路建设事业的持续发展贡献更多力量。

参考文献

[1]付文高，李士东，曾银平.某高速公路互通立交方案设计优化研究[J].西部交通科技，2022（7）：91-93.

[2]揭英武.基于微观仿真评估的互通立交方案优化[J].交通世界，2023（22）：71-73+124.

[3]王杰，贺亚军.特殊地形条件下某枢纽互通方案研究[J].中外公路，2023（4）：303-308.

[4]蒋文杰.南京青马复合式互通式立交优化方案研究[J].黑龙江交通科技，2023（2）：40-42.

[5]陈君翔.互通立交匝道桥设计方案优化与应用研究[J].大众科技，2023（7）：37-40.